体绘制传递函数设定方法的研究和应用

摘要

体绘制是一种重要的三维数据场可视化方法，传递函数是体绘制过程中用以定出体数据与光学特征的对应关系的关键步骤，传递函数的设定对成像的质量具有重要作用。然而传递函数的设定往往需要大量尝试，困难且不直观，寻找好的传递函数已被列为体数据可视化中的十大难题之一。 层次聚类应用于传递函数设定领域取得了较好的效果，然而，单处理机以其有限的运算能力和存储能力难以在有效的时间内完成规模较大的三维体数据的聚类分析，为此本文设计实现了层次聚类并行算法，并将其与LH直方图相结合以指导传递函数的设定。与串行算法相比，并行层次聚类算法能在合理的时间内对三维体数据进行聚类分析，并以相同聚类效果完成对传递函数设定的指导，最终得到高质量的图像。 另一方面，若将寻找合适的传递函数的过程视为参数优化问题，则可用全局最优化的方法来处理，遗传算法应用于传递函数的设定已有相当研究。本文将粒子群算法以自动式和交互式两种进化方式应用于体绘制传递函数设定领域，且在交互式实现方式中提出了基于用户的速度更新策略。与遗传算法相比，基本型和改进型粒子群算法具有更好的性能，能使用户更快的得到更满意的体绘制图像。 最后，在地震数据可视化系统中，将粒子群优化算法、手动调节和多分辨率显示功能三者相结合，为用户提供了一个自动式与交互式相结合，具有实时反馈功能的双层结构的传递函数设定工具，使地球物理学家用户在探索地震数据的过程中更加灵活和便利，从而提高地震勘探的精确度和成功率。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景

1.3国内外研究现状

1.3.1手动调节法

1.3.2数据中心法

1.3.3图像中心法

1.3.4对象中心法

1.4本文主要工作

1.5本文组织结构

1.6本章小结

第2章体绘制传递函数

2.1体绘制

2.1.1体数据

2.1.2体绘制算法

2.2传递函数

2.2.1传递函数的分类

2.3本章小结

第3章基于并行层次聚类的传递函数设定

3.1 LH直方图

3.2并行层次聚类算法

3.2.1并行相异度矩阵建立算法

3.2.2并行数据预处理算法

3.2.3并行最小生成树构造算法

3.2.4并行剪枝算法

3.2.5并行连通分量确定算法

3.2.6算法复杂度分析

3.3实验结果

3.4本章小结

第4章 基于粒子群优化的传递函数设定方法

4.1进化算法

4.2粒子群优化算法

4.3基于粒子群优化的传递函数设定方法设计

4.3.1粒子的表示

4.3.2粒子群的初始化

4.3.3粒子群的进化

4.4实验结果

4.4.1自动式进化

4.4.2交互式进化

4.5本章小结

第5章 传递函数设定方法在地震数据显示中的应用

5.1地震数据

5.2系统介绍

5.2.1开发环境与工具

5.2.2系统功能

5.2.3系统总框架

5.2.4设计模式

5.2.5动态UI机制

5.3传递函数的设定方法

5.3.1初始化

5.3.2高分辨率显示

5.3.3手动调节

5.3.4选择父辈

5.3.5应用PSO生成新种群

5.4本章小结

总结与展望

参考文献

致 谢

附录